无害杂质。
如果MTBE是用来裂解生产高纯度的异丁烯的,则C4和甲基仲丁基醚是有害杂质。
16. 什么是体积空速?
答:空速也叫空间速度,对于均相反应来说,空速等于单位时间通过反应物的体积除以反应器的体积。对于装有固体催化剂的非均相反应来说,单位时间通过的反应物料的体积除以固体催化剂表观体积称为体积空速。
17. 合成MTBE的主反应和副反应是什么? 答:在纯醚化反应中,合成MTBE的主反应为: 异丁烯+甲醇→MTBE
副反应为:异丁烯+水→叔丁醇、甲醇自聚→二甲醚、异丁烯自聚→二异丁烯
在叠合醚化中,除合成MTBE反应外,异丁烯自聚生成二异丁烯也是主反应。
18. 什么叫单一反应?什么叫可逆反应?
答:反应物中A和B反应生成C,不伴随任何副反应,也不发生逆向反应的化学反应称之为单一反应。单一反应一般大多是无机反应。而大多数有机化学反应都不是单一反应,此类反应大都是合成反应的同时进行着分解反应,即合成反应与分解反应并存,且无论使用什么手段,都不能使转化率达到100%,这种反应叫可逆反应。当可逆反应的正负反应速率相等时,反应达到平衡。
19. 异丁烯的平衡转化率与反应条件中哪个因素有关? 答:异丁烯与甲醇合成MTBE的反应是一个可逆放热反应,根据平衡式推出平衡常数K,可以得出,温度越低,异丁烯的平衡转化率越高,温度越高,异丁烯的平衡转化率越低。由于反应温度的高低直接
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决定了反应速度的快慢,因此,需要综合考虑,选择适宜的反应温度,既能使异丁烯尽可能转化,又能有满意的反应速度。 20. 什么叫反应速度?影响反应速度的主要因素是什么? 答:反应速度是指单位时间内原料组分的减少量。影响反应速度的因素有催化剂、反应温度、反应物浓度、空速等。 21. 什么叫反应转化率?它和反应速度有什么关系?
答:反应组分中已转化的原料组分和进料中原料组分的比值叫转化率。以异丁烯为例:
异丁烯转化率=已转化的异丁烯的量/进料异丁烯量。反应转化率和反应速度是两个不同概念的问题,但二者又紧密相连。(见19题) 22. 在工业装置上,如何使异丁烯转化率增大?
答:①增加催化剂量。②减少进料量。③改变反应温度。④改变醇烯比。
23. MTBE工业生产中进料醇烯比多少最合适?
答:MTBE合成反应中,甲醇和异丁烯是等摩尔反应的,在纯醚化反应中,为了提高异丁烯转化率和避免异丁烯二聚,甲醇进料量一般比理论值大一点,但如果甲醇进料量过大时,甲醇会自聚产生大量的二甲醚,另外,由于甲醇和MTBE沸点相近,过量甲醇也不利于后续分离。因此,一般醇烯比控制在1.0~1.2之间。在叠合醚化反应中,由于MTBE和二异丁烯都是目的产品,所以可以依据目的产物的需求量来确定醇烯比,一般来说,醇烯比高,MTBE产品增加,醇烯比降低,二异丁烯产品增加。
24. 根据醚化反应器的进料和出料组成,如何计算醇烯比? 答:计算进料中的醇烯比计算公式有如下三种方法:
①
以C4、甲醇进料的混合物的组成分析结果来计算:
进料醇烯比(摩尔比)=(进料甲醇质量含量/32)/(进料异
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丁烯质量含量/56)
②
以混合C4进料量、甲醇进料量来计算:
醇烯比=(甲醇进料量/32)/(混合C4进料量×混合C4中异丁烯质量含量/56)
③
以醚化反应器出口的组成分析来计算:
醇烯比=(反应器出口物料中的MTBE质量含量/88+反应器出口物料中甲醇的质量含量/32)/(反应器出口物料中异丁烯的质量含量/56+反应器出口物料中MTBE的质量含量/88+反应器出口物料中叔丁醇的质量含量/74+反应器出口物料中二异丁烯的质量含量/56)
25. 在实际操作中如何实现规定的醇烯比?
答:保持醇烯比的稳定,对于MTBE的产量、质量和催化剂寿命都是非常重要的。在装置建成达到开车条件时,要先对C4进料和甲醇组成进行分析,然后依据定好的醇烯比确定甲醇进料量。
甲醇进料量=(混合C4进料量×混合C4中异丁烯质量含量/56)×32×醇烯比
计算出甲醇进料量以后,可以用质量流量计或高精度的涡轮流量计计量控制C4、甲醇进料量。也可以设在线分析色谱仪控制醇烯比,只是费用较高。
26. 原料在进醚化反应器之前,为什么要加设一个静态混合器? 答:C4、甲醇的物性相差较大,二者互溶性不好,特别当甲醇在C4中含量较高时,很难达到理想混合,为了使其混合良好,促使醚化反应顺利进行,通常要加设一个静态混合器。 27. 什么是静态混合器?有何特点?
答:所谓静态混合器,是在一定长度的管段内,装上一定型号的混合元件,当物流通过时,在混合元件内分割-合并-变换流向,使
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两种物流达到理想的混合。静态混合器具有混合效果好,操作易于连续化、易控制、维持费用低及装置小型化等特点。 28. 甲醇进料泵突然不上量,有何危害?
答:甲醇对合成MTBE反应十分重要,甲醇进料泵突然不上量,此时只有C4进料,C4中的异丁烯在催化剂作用下发生自聚反应,放出大量的热,高温下反应更快,放热更多,恶性循环,造成“飞温”。高温不但会使多聚物自身碳化,也会使催化剂烧成黑色团块,不能使用。高温下催化剂上的磺酸根脱落,随物料流出,造成设备腐蚀和穿孔。所以,在MTBE生产装置中,甲醇进料泵是一个重要的设备,选型要得当,操作要格外重视。
29. 甲醇进料泵出口管线上为什么必须设止回阀?
答:甲醇进料量对合成MTBE反应十分重要,为了保证甲醇全部进入反应器而不会进入甲醇罐(发生这种情况时,表面看一切正常,实际上甲醇没有进入反应器,而是C4进人了甲醇罐,结果发生了催化剂烧坏、设备腐蚀等一系列因“飞温”引起的事故)因此甲醇进料泵出口管线上必须设止回阀。
30. C4进料泵不上量有哪些原因?如何排除? 答: 原因:
①泵体内有惰性气体没有排除干净。 ②泵的入口压力偏低。 ③C4进料罐液位偏低。
④C4进料罐出口阀门未完全打开。 ⑤C4进料中含不凝气太多。 ⑥冬季气温太低。
⑦泵出口管线上有局部堵塞。 ⑧夏季气温高,产生汽蚀。
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排除方法:
① 打开放空,放掉不凝气。 ② 提高入口压力。 ③ 补充原料罐液位。 ④ 打开阀门。 ⑤ 联系气分解决问题。 ⑥ 原料罐充压。 ⑦ 打开管线清理。 ⑧ 降低原料温度。
31. 筒式外循环反应器的特点是什么?
答:筒式外循环醚化反应器的构型就是一个普通的固定床反应器,反应物从顶部进入,产物从底部排出。产物的一部分经冷却后,经增压、计量与新鲜进料一起返回反应器。
其特点是结构简单、造价低、催化剂装卸方便、操作弹性大、对原料要求不严格,易于控制反应温度,缺点是催化剂装填量大。 32. 筒式外循环反应器的外循环量是如何控制的?
答:合成MTBE是个放热反应,随着异丁烯转化率的提高,放出较多的反应热,由于筒式外循环反应器是绝热的,因此这些热量全部用于床层温度的提高。筒式外循环反应器就是用产物的一部分经冷却后,经增压、计量与新鲜进料一起返回反应器,从而达到控制反应温度的目的。而依据公式,我们可以推出:循环量/新鲜进料量=生成1摩尔MTBE的放热量×每小时异丁烯进料量(摩尔)×(异丁烯出口转化率-异丁烯入口转化率)/(反应器温升×总进料的平均热容×新鲜进料量)-1,在其它数值确定后,外循环量就可以确定了。 33. 筒式外循环反应器适用于那些生产场合?
答:筒式外循环反应器的外循环量可以依据原料中异丁烯含量进
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